Датчик – конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь, от которого поступают сигналы измерительной информации (он «даёт» информацию).¹⁾

Датчик – элемент технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, напряжение и т. п.) в сигнал (электрический, оптический и т. п.), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.
Датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления. ²⁾

Классификация датчиков по принципу действия

• Оптический датчик (фотоэлектрический датчик, бесконтактный выключатель, фотодатчик)

Оптические датчики – это разновидность бесконтактных датчиков, так как механический контакт между чувствительной областью датчика (сенсором) и воздействующим объектом отсутствует. Дальность действия оптических датчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных датчиков. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.

Оптический датчик состоит из излучателя и приемника.
Излучатель датчика состоит из следующих компонентов:

• Корпус
• Излучающий элемент (излучатель)
• Подстроечный элемент
• Генератор
• Индикатор

Приемник датчика состоит из следующих компонентов:

• Корпус
• Фотодиод
• Подстроечный элемент
• Электронный ключ
• Триггер
• Демодулятор
• Индикатор

Оптические датчики как составная часть автоматизированных систем управления широко применяются для определения наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью оптических датчиков можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности. Их устанавливают в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах.³⁾

• Пьезоэлектрический датчик

Пьезоэлектрический датчик – измерительный преобразователь механического усилия в электрический сигнал. Основные достоинства пьезоэлектрических датчиков – их высокие динамические характеристики и способность воспринимать колебания давления с частотой от десятков Гц до десятков МГц. Используются для измерения силы, давления жидкостей и газов, а также вибраций и деформаций и т. д.⁴⁾⁵⁾

• Тензометрический датчик (тензодатчик, тензопреобразователь)

Тензометрический датчик – датчик, преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал (обычно электрический); является основным компонентом тензометра (прибора для измерения деформаций). Наиболее типичное применение тензодатчиков – весы. Конструкция резистивного тензодатчика представляет собой упругий элемент, на котором зафиксирован тензорезистор. Под действием силы (веса груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. В результате изменения сопротивления тензорезистора, можно судить о силе воздействия на датчик, а следовательно, и о весе груза. Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки.⁶⁾

• Ёмкостный датчик

Ёмкостный датчик – измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости, механических усилий, давления, влажности и др.) в значения электрической ёмкости. Конструктивно ёмкостный датчик представляет собой плоскопараллельный или цилиндрический электрический конденсатор.
Наиболее часто ёмкостный датчик применяют для измерений меняющегося давления или уровня, точных измерений механических перемещений и т. п.⁷⁾ Ёмкостные датчики получили широкое распространение там, где необходимо контролировать появление слабопроводящих жидкостей, например воды. Это датчики уровня жидкости, датчики дождя в автомобилях, датчики в сенсорных кнопках на бытовой технике (в живых тканях много воды) и т. п.
Существуют также ёмкостные датчики уровня жидкости, широко используемые для измерения количества топлива на летательных аппаратах. Обычно датчик представляет собой пару вставленных друг в друга металлических цилиндров, погруженных в топливо.
Основные преимущества ёмкостных датчиков: высокий порог чувствительности и небольшая инерционность. Основные недостатки: сильное влияние внешних электромагнитных полей.
Специфическая разновидность датчиков – сенсорные экраны на ёмкостном принципе.⁸⁾
Подробное описание принципа действия ёмкостного датчика на английском языке см. в следующем видео:

• Потенциометрический датчик

Потенциометрический датчик (потенциометрический преобразователь) – датчик, входным сигналом которого является перемещение контакта, а выходным - напряжение, которое можно снять с этого контакта.
В общем случае, потенциометрический датчик представляет собой катушку индуктивности (как правило, выполненную в виде неподвижного элемента конструкции), на которую подается питающее напряжение и щётки, с которых и снимается выходной сигнал.
Существуют два основных типа потенциометрических преобразователей:
– преобразователи угловых перемещений
– преобразователи линейных перемещений
Основные преимущества потенциометрических датчиков: высокая точность и стабильность функции преобразования, малое значение переходного сопротивления, низкий уровень собственных шумов, небольшой коэффициент сопротивления.
Основные недостатки потенциометрических датчиков: небольшое значение разделительной способности, ограниченные возможности при использовании переменного тока, наличие скользящего контакта, что приводит к ограниченному количеству рабочих циклов датчика. В состав любого потенциометрического преобразователя входят три основных элемента: каркас, обмотка и щётки. ⁹⁾

• Индуктивный датчик

Индуктивный датчик — бесконтактный датчик, предназначенный для контроля положения объектов из металла (к другим материалам не чувствителен).
Индуктивные датчики широко используются для решения задач АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом). Выполняются с нормально разомкнутым или нормально замкнутым контактом.
Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика. ¹⁰⁾

Датчики применяются практически во всех отраслях промышленности.
В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор¹¹⁾, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.¹²⁾

Датчик безопасности

Конвейеры, станки, грузоподъемное оборудование

Складские помещения

Роботизированные комплексы

Бесконтактный датчик

В пищевой промышленности

В конвейерных системах различного типа

В автоматических воротах

• Проверка внешнего состояния и функционирования датчика, его внешних соединений и линий.
• Чистка элементов датчика по мере их загрязнения.
• Чистка шкалы от различных загрязнений.
• Регулировка положения датчика.